本科實驗報告 實驗名稱:

　 電路仿真

　課程名稱: 電路仿真 實驗時間:

　任課教師:

　實驗地點:

　實驗教師：

　實驗類型: □ 原理驗證 □ 綜合設計 □ 自主創新

　學生姓名：

　學號/班級：

　組

　號 :

　學

　院: 信息與電子學院 同組搭檔:

　專

　業:

　成

　績 :

　實驗 1 疊加定理 得驗證

　R11ΩV112 V I110 A R21ΩR31ΩR41ΩU1DC

　1e-009Ohm 0.000A+-U2DC

　10MOhm0.000V+- 1. 原理圖編輯：

　分別調出接地符、電阻 R1、R2、R3、R４，直流電壓源、直流電流源,電流表電壓表（Groｕp:Ｉndiｃａtors, Ｆaｍｉly：VOＬTMＥTＥR 或 AＭMETEＲ)注意電流表與電壓表得參考方向),并按上圖連接;

　2、 設置電路參數: 電阻 R1=R2＝R3=R4=1Ω,直流電壓源 V1 為 12V，直流電流源 I1 為10Ａ。

　３．實驗步驟: 1）、點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U1 與 I1; 2)、點擊停止按鈕記錄，將直流電壓源得電壓值設置為０Ｖ，再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U2 與 I2; 3）、點擊停止按鈕記錄,將直流電壓源得電壓值設置為 12V，將直

　流電流源得電流值設置為 0A,再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U3 與 I3; 4、根據疊加電路分析原理,每一元件得電流或電壓可以瞧成就是每一個獨立源單獨作用于電路時,在該元件上產生得電流或電壓得代數與. 所以,正常情況下應有Ｕ1=U２+U3，I1=I２+I３；

　經實驗仿真: 當電壓源與電流源共同作用時,U1=—1、6V

　I1＝6、8A、 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm-1.600V+-U2DC

　1e-009Ohm 6.800A+-I110 A

　 當電壓源短路即設為 0V，電流源作用時,U２=-4V

　I2=2A

　 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV10 V U1DC

　10MOhm-4.000V+-U2DC

　1e-009Ohm 2.000A+-I110 A

　當電壓源作用，電流源斷路即設為 0A 時，U3=２、4Ｖ I３=4、8A

　R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm2.400 V+ -U2DC

　1e-009Ohm 4.800A+-I10 A

　所以有Ｕ1=U２+Ｕ3=—4＋2、4=—１、6V

　I1＝I2+I3=2+4、8＝6、8A 驗證了原理 實驗２ 并聯諧振電路仿真

　V15 Vpk 500 Hz 0° R110ΩL12.5mHC140µFR22kΩin out0 2. 原理圖編輯：

　分別調出接地符、電阻Ｒ1、R２,電容 C1,電感Ｌ1,信號源Ｖ1,按上圖連接并修改按照例如修改電路得網絡標號; 3. 設置電路參數: 電阻 R1＝10Ω,電阻Ｒ２=2ＫΩ,電感Ｌ1=2、5ｍH,電容 C１=40uF。信號源 V1 設置為 AC=５ｖ，Voff=0,Ｆrｅｑeｎce=50０Hｚ． 4. 分析參數設置: AC 分析:頻率范圍１ＨZ—100MＨZ，縱坐標為１0 倍頻程，掃描點數為 10,觀察輸出節點為 Vouｔ響應。

　TRAN 分析: 分析 5 個周期輸出節點為 Vout 得時域響應。

　實驗結果: 要求將實驗分析得數據保存 （包括圖形與數據),并驗證結果就是否正確，最后提交實驗報告時需要將實驗結果附在實驗報告后。

　根據并聯諧振電路原理,諧振時節點 ouｔ電壓最大且諧振頻率為

　w0＝1/＝ ,f0=w0/2=5０３、29Hz 諧振時節點 out 電壓理論值由分壓公式得 u=2000／(20００+１0)*5=4、97５1V、 當頻率低于諧振頻率時，并聯電路表現為電感性，所以相位為 90° 當頻率等于諧振頻率時,并聯電路表現為電阻性，所以相位為 0°

　 當頻率高于諧振頻率時,并聯電路表現為電容性,所以相位為—9０°

　經仿真得諧振頻率為 5０1、１872Hz,諧振時節點電壓為 4、9748V、 相頻特性與理論一致。

　由信號源得 f＝500Ｈz,可得其周期為 0、002s，為分析５個周期，

　所以設瞬態分析結束時間為 0、01s、得如下仿真結果：

　仿真數據:(從 excel 導出）

　X——銅線 １：:［Ｖ(vouｔ)] Y--銅線 1：：[Ｖ（vout）] １ 0、00785400３ 1、2５89２5４12 ０、00９88761９ １、5８４89３1９2 ０、0１24４7807 １、9９52６２３15 0、01567０92２ 2、5118８６40、019728６４

　３2 6 3、１６22７７６6 0、024837142 ３、9８1071706 0、031268６03 5、０11８７２33６ 0、０393６5８25 ６、3０9573４45 ０、0495606０4 7、９４32８234７ 0、０62397029 10 0、０785610３８ １2、５89254１2 0、０９８９１8117 15、84893１9２ 0、124５6１7２2 1９、95２6２31５ 0、156８7６１６8 2５、11８8６４32 0、197619655 ３1、６２27766 0、249０36512 39、81071７０6 0、31４０13９74 50、1１8７233６ 0、396３1068４ 6３、095734４５ ０、5０0９0７22８

　79、４３282３4７ ０、634５750９3 １00 ０、8068５40５ 125、892５４１2 １、031819265 158、48931９2 1、33１40022４ 19９、5２６23１5 1、741644０6 251、18864３2 2、32３21９８４ ３1６、22７766 ３、１６5７447６６ 3９８、1071706 ４、２74434884 5 5 ０1 1 、 1872 ３36

　4 4 、9 9 ７４84754

　630、9573445 ４、31497011２ 7９４、３282347 3、20２3４6５57 １000 2、34872３684 １258、92５４12 １、７５９3４28８8 1584、８9319２ 1、３441141８９ 19９5、2623１5 1、041249759

　2511、886432 ０、8１4０１５18２ 3１62、2７76６ 0、６40100３44 3981、07170６ 0、5０5215181 50１1、872336 0、3９96923３3 630９、5734４5 0、３16６80０１5 ７943、２823４7 0、251144１７9 10000 0、19928881 12５89、2541２ 0、158199509 15８48、931９２ 0、１25611６2９ 19952、６2315 0、0９９75１45７ ２5118、86432 0、０7９22２６68 31６２２、７7６6 ０、0629224２2 39810、71706 0、049977859 50118、7２336 0、03９6９722２ 6３095、7３44５ 0、0３153１82１ 7９432、82３０、0250462

　４7 １3 1０000０ ０、０19８9471３ 12589２、5412 ０、０15802831 158４89、31９2 0、0１2552584 19９５26、2３15 0、０0９９７0８47 251188、64３2 ０、00792０11２ 316２27、766 0、0０6291１62 ３981０7、１706 ０、0０４9９７2４5 501187、2336 0、０0３9６945１ 63０95７、34４5 ０、0０31５304６ 794328、2347 0、0025０4553

　0、001９894３7 12５89２5、4１2 0、０01５８0266 158４8９３、1９2 0、00125525 199５2６2、3１５ 0、0０099708 2511８８6、 ０、0007920

　432 ０9 ３162２７7、６6 0、００06２9１15 39８1071、706 0、000４9972４ 50118７2、３3６ 0、０0０3９6９45 63０9５73、4４５ 0、00031530４ 7９43２82、347 0、000２5０４55

　0、００01９8944 1２589254、12 0、000１5８0２7 1５８48９３１、９２ ０、０00１2５5２5 １995２623、1５ 9、９708Ｅ－05 2511８864、3２ 7、9２0０９E—０5 31622７７6、６ ６、29115Ｅ-0５ 39810７17、06 4、99724E—05 501１８723、36 3、969４5E—0５ ６309５734、４5 3、15304E—０5

　７9432823、47 2、5０455Ｅ—0５ 10000０000 1、９８944E-０5

　 實驗 3

　含運算放大器得比例器仿真

　1、原理圖編輯: 分別調出電阻 R１、Ｒ2,虛擬運算放大器 OPAＭＰ_3T＿VIRTＵA(在 ANAＬOＧ庫中得ＡNALＯG_VIRTUAL 中，放置時注意同相與方向引腳得方向）; 調用虛擬儀器函數發生器Ｆuncｔiｏn Generａtor 與虛擬示波器Ｏscillｏsｃopｅ。

　2、設置電路參數: 電阻 R1=1ＫΩ，電阻 R2=5KΩ。信號源Ｖ１設置為 Voltａｇe=1v。

　函數發生器分別為正弦波信號、方波信號與三角波信號．頻率均為１khz,電壓值均為 1.其中方波信號與三角波信號占空比均為

　50%. 3、分析示波器測量結果: 實驗結果:只記錄數據（并考慮 B 通道輸入波形與信號發生器得設置什么關系）

　將測量結果保存,并利用電路分析理論計算結果驗證． =—5 =－５

　=-５

　由電路分析原理，輸出與輸入反向,且放大5倍,與仿真結果一致．電路分析過程如下圖：

　實驗 4 二階電路瞬態仿真

　 上圖中其中Ｃ１得電容值分別取 1000u,5０0u，100u，10u,其她參數值如圖所示．利用 muｌtisiｍ軟件使用瞬態分析求出上圖中各節點得Ｖout 節點得時域響應,并能通過數據計算出對應電容取不同參數時電路諧振頻率(零輸入響應)。

　 電容

　100０

　500

　 １００

　 10 周期

　6、2414ms

　 4、4245ms

　2、０05９mｓ

　 6６5、０8２7us 諧振頻率 159、15Ｈz

　 2２5、0７Ｈz

　50３、29Hｚ

　 15９1、５5Hｚ 此仿真屬于 LＣ電路中得正弦振蕩,由于沒有電阻，由初始儲能維持，儲能在電場與磁場之間往返轉移,電路中得電流與電壓將不斷地改變大小與極性,形成周而復始得等幅振蕩。

　實驗 5

　戴維南 等效 定理 得驗證 330Ω10V 0.000A+-0.000V+-91Ω220Ω470ΩRL Figure 錯誤 錯誤! 不能識別的開關參數。電路原理圖

　1. 原理圖編輯: 1) 分別調出接地符、電阻Ｒ，直流電壓源電流表電壓表(注意電流表與電壓表得參考方向）,并按 Ｆigure １ 連接運行，并記錄電壓表與電流表得值;

　2) 如 Fｉgｕre 2 連接, 將電壓源從電路中移除,并使用虛擬一下數字萬用表測試電路阻抗; 330Ω 91Ω220ΩRth Fｉgｕrｅ 2 電路等效電阻測量 3) 如 Fiｇｕｒe 3 連接, 將電阻ＲL 從電路中移除,并使用電壓表測量開路電壓;

　330Ω10V 91Ω220ΩEth0.000V+- Fiｇure 3 電路開路電壓值測量 4) 如 Fiｇure 4 連接, 驗證戴維南定理； 223ΩRth4V 0.000A+-0.000V+-470ΩRL Ｆiｇｕｒｅ 4 戴維南等效電路圖

　2、 設置電路參數: 電阻、電源參數如上述圖中所示。

　３。實驗步驟: 如原理通編輯步驟,分別測試對應電路得電壓、電流與電阻值. 4、 實驗結果：

　比較 Figure １與 Figuｒｅ 4 中電壓表與電流表得值得異同，并解釋原因. 原電路結果：

　(fiｇｕre1）

　將電壓源移除測得等效阻抗為 223 歐。

　測開路電壓:

　戴維南等效電路：

　 由戴維南等效定理可知,含源單口網絡無論其結構如何復雜,就其端口來說，可等效為一個電壓源串聯電阻支路.電壓源電壓等于該網絡得開路電壓，串聯電阻等于網絡中所有獨立源為零時網絡得等效電阻。

　等效電阻理論值：220/／3３０+９1=2２0*330/(2２0+33０）+91＝132+91=２2３ 開路電壓理論值：220/（2２0+330)*10＝４V 將單口網絡換為電壓源與等效電阻支路后,Fｉgurｅ 1與Fｉgure ４中電壓表與電流表得值得相同,且等效電阻與開路電壓得仿真結果與理論值一致，驗證了戴維南等效定理。

　驗 實驗 2 元件模型參數得并聯諧振電路 1. 原理圖編輯,設置參數:

　 分別調出電阻 R、電感 L、電容 C 與信號源 V1（注意區分信號源族（ＳＩGNAL＿VＯLTAGE_SOＵRＣEＳ)與電源族(POWEＲ_ＳOURCＥS）中，交流電壓源得區別,信號源得AC設置為５)，參數如圖所示（課上已經重點強調)。

　2. 參數掃描分析設置:sｉmulate –〉Pａrameｔer Ｓｗｅep：

　 AC 分析設置：掃描范圍１Hｚ~1００MＨz,橫坐標掃描模式為 Deｃade,縱坐標為線性。每十倍頻程掃描點數為 1０點，同學們自己設置 100 與 100０點并分析所得結果得異同．

　3. 觀察電容得容值發生變化時，記錄電路得幅頻響應。在實驗報告中重點分析響應波形不同得原因。并介紹 AC 分析與參數分析得特點。

　4. 掃描點數為 10 點:

　求諧振頻率得公式為 w0=1/，f0=ｗ0/2 , 所以 C 越小，諧振頻率越大。

　并聯 GLＣ電路通頻帶 BW＝G/C，所以 C 越小,通頻帶越長。與仿真曲線吻合.

　 ＡＣ分析就是在正弦小信號工作條件下得一種頻域分析.它可以計算電路得幅頻特性與相頻特性,在進行交流頻率分析時,首先分析電路得直流工作點,并在直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理,得到線性化得交流小信號等效電路,并用交流小信號等效電路計算電路輸出交流信號得變化。

　參數掃描分析就是在用戶指定每個參數變化值得情況下，對電路得特性進行分析。

　當 C=４e-０07 時,諧振頻率得理論值為 f=5032Hz、 仿真值為５01１、9

　 當 C=4ｅ-00６時,諧振頻率得理論值為 f=1591、5Hz、 仿真值為 1584、9

　當Ｃ=４e-０05 時,諧振頻率得理論值為 f=５0３、29Hz、 仿真值為 50１、19

　 當 C=４e—004 時，諧振頻率得理論值為 f=１59、15Hz、

　仿真值為 158、４９

　 當掃描 100 個點時

　當掃描 10０0 個點時

　 掃描點數越多,曲線越平滑，仿真值越貼近理論值。

　驗 實驗 3

　電路過渡過程得仿真分析

　V10 V 1 V 60usec 120usec R15kΩL11mHC11nF1out30 1. 原理圖編輯,設置參數：

　分別調出電阻 R、電感Ｌ、電容 C、接地符與信號源 V1，其中,信號源就是Source 庫 SIGNAL_ＶOＬＴAGＥ_SOURCES 組中調用 PULSE_ＶOＬTAＧＥ,參數如下:Ｉnitiａl Vａlue 0V,Pｕlsed Value 1V,Delaｙ Tｉｍｅ ０s,Rise Tｉme 0ｓ,Faｌl Time 0s,Pulse Ｗｉdth 60μs,Ｐeriod １20μs．（該電壓源用于產生方波信號) 2. 觀察電容上得電壓波形(使用瞬態分析,分析時間為 5 倍得方波信號周期),并判斷 U out (t)得響應屬于何種形式(過阻尼/欠阻尼／臨界阻尼)？ 3. 通過計算得阻尼電阻,使用參數分析方法設置三個電阻值(分別對應過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼狀態),觀察出其它三種響應形式(過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼)。在實驗報告中重點分析響應波形不同得原因（根據計算得到得仿真電路得時域特性來解釋)。并介紹瞬態分析與參數掃描分析得特點.參數掃描設置如下所示：

　 臨界阻尼為２＊＝２000。當 R〉20０0 時,過阻尼,響應就是非振蕩得,當 R=2０００時,臨界阻尼,響應就是非振蕩得，當 R〈２０00 時,欠阻尼，響應為按指數規律衰減得衰減振蕩。

　電阻較大時,損耗也大,在儲能得轉移過程中,電阻消耗能量較大，當磁場儲能再度釋放時已不能再供給電場存儲,當電阻較小時，電容可能再度充電，形成不斷放充電得局面,形成振蕩性得響應。

　 瞬態分析與參數掃描分析得特點：

　瞬態分析用于分析電路得時域響應，分析得結果就是電路中指定變量與時間得函數關系．瞬態分析可以同時顯示電路中所有結點得電壓波形。

　參數掃描分析就是在用戶指定每個參數變化值得情況下，對電路得特性進行分析。

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